宁东煤煤焦-CO_2气化反应特性的原位研究

以典型宁东煤-梅花井烟煤和羊场湾烟煤焦为气化样品,并与典型气化用煤-神府烟煤焦对比,采用热重分析仪及高温热台-光学显微镜联用系统原位研究煤焦气化反应活性,并结合焦样理化结构特性的系统表征对其进行关联解释。结果表明,在相同气化温度下,三种煤焦的气化反应活性大小顺序为:羊场湾烟煤焦>梅花井烟煤焦>神府烟煤焦。由高温热台实验原位研究可知,随着煤焦-CO_2反应的进行,大部分煤焦颗粒反应形式以颗粒收缩进行,到达反应中后期,反应由颗粒收缩转变为缩芯形式,并通过投射面积收缩率可发现,相同反应时间下,羊场湾烟煤焦的投射面积收缩率最大,其后依次为梅花井烟煤焦和神府烟煤焦。气化反应活性的差异主要归因于不同煤焦理化性质间的差异:羊场湾烟煤焦的比表面积、炭结构无序化程度和K、Na、Ca总含量最大,其后依次为梅花井烟煤焦和神府烟煤焦。

助熔剂对宁东煤灰熔融特性影响的研究

通过添加CaCO3、MgO和Fe2O3三种助熔剂,考察其对宁东矿区两种煤样(1#、2#)灰熔融温度的影响,并利用三元相图及XRD对煤灰矿物组成进行分析。结果表明:在高温下煤灰中矿物质之间形成低温共熔物,使煤灰的灰熔点降低,且硅铝比较低的煤样具有较低的灰熔融温度。实验表明在弱还原性气氛中,三种助熔剂对2#煤样灰熔融温度的降低效果较明显。

典型宁东煤热解阶段硫迁移路径的分子动力学模拟

以典型宁东煤为研究对象,采用工业分析、元素分析、X射线光电子能谱(XPS)分析和^(13)C固体核磁共振(^(13)C-NMR)等手段研究了煤样的元素组成、原子比、官能团类型及含量等分子结构特征,构建了含硫原子的宁东煤有机化学结构。通过反应力场分子动力学(ReaxFF MD)模拟,考察了热解温度和升温速率对典型宁东煤热解产物的影响,结果表明:热解温度低于1500 K时,热解产物中气体组分较少,重质焦油较多;随着热解温度升高(1500 K~2500 K),大分子化合物和活性自由基均会发生二次反应产生小分子碎片,气体产物快速增加;增大升温速率会减少C1~C4有机气体的生成,促进重质焦油的产生;16 K/ps和2500 K分别是合适的模拟升温速率和热解温度。污染性元素S的迁移路径分析结果表明:宁东煤热解过程中S原子容易迁移到相对分子质量小的有机碎片中,最终将以硫氢根的形式与H自由基结合生成H_(2)S参与后续燃烧反应。

宁东煤中低温热解特性实验研究

对宁东煤中低温热解特性进行研究,着重考察不同中低温度下宁东煤热解后固、液、气三相产物产率及组成,通过热解炉在相应气氛下进行反应,收集三相产物,分析所得数据来探究不同热解条件对反应的影响规律与反应机理。通过对宁东煤热解处理后得到的固体产物进行等温热重分析,根据热重曲线确认热解程度。采用气相色谱仪对宁东煤热解后得到的液相产物进行分析,研究溶液物质组成及浓度随温度的变化特性;采用气相质谱仪,根据特征峰得出产物类别,并对其进行定量分析。对宁东煤热解气体采用气相色谱仪,研究不同温度下各气体含量,并对宁东煤热解机理进行验证。

宁东煤在煤气化工艺中的应用分析

对宁夏宁东矿区煤种进行了工业分析和灰成分分析,介绍了宁东地区不同煤种在德士古气化废锅工艺、四喷嘴水煤浆气化工艺及GSP气化工艺中的应用情况。工业应用结果表明:宁东煤是较好的气化原料煤;不同气化技术对煤质要求不同,水煤浆气化工艺要求煤不仅有良好的成浆性能,且黏温曲线要温和;GSP气化技术对煤种的适用性更宽些。在实际运行中,通过不同煤种的配比,宁东地区煤种可以适合多种煤气化技术。

宁东煤热解初始段硫迁移的分子动力学模拟

为探究硫元素在煤热解过程中的迁移规律和污染物的形成,以宁东煤为研究对象,采用X射线光电子能谱、^(13)C固体核磁等表征手段结合工业分析、元素分析对宁东煤内部元素种类、化学价态以及成键方式进行分析,构建了2种含硫低阶宁东煤干燥无灰基下的化学结构模型。在Material Studio软件中经过分子动力学退火模拟和几何结构优化得到了立体结构明显的化学结构,保证了每个模型盒子中有4个硫原子,以正确归纳煤热解过程硫的迁移路径和产物。采用ReaxFF力场在参考温度2500 K下进行200 ps的分子动力学模拟,发现热解产物分布与参考模拟结果吻合较好,证明了模型构建的合理性。通过归纳硫醇和硫酚存在形式的S原子分别在煤热解过程初段的转变特性,发现2种存在形式的硫原子均进入焦油产物中,但具有不同的迁移速率和稳定链结构。这属于硫在煤热解初始阶段的迁移,可解释实际低温煤热解时煤焦油中含硫较高的现象。需提高模拟参考温度或延长计算时间,才能确定煤热解过程硫迁移的二次反应行为。

宁东煤水煤浆浆体性能实验研究

通过宁东煤的成浆性实验，考察了添加剂种类、温度、水煤浆浓度和放置时间对煤样成浆性的影响。实验结果表明：1#、3#煤样适合制备水煤浆；HY系列添加剂对宁东煤的成浆性较好；随着温度的升高，水煤浆黏度降低，稳定性降低；水煤浆黏度随放置时间的延长而增加；水煤浆浓度高，稳定性好；水煤浆适宜的输送温度为15℃-35℃。

宁东煤制水煤浆添加剂的筛选及工业应用

为筛选出适合宁东煤制煤浆的添加剂,我们进行了系列试验,包括实验室试验、放大试验及工业应用试验。综合比较,确定SK添加剂更适合宁东煤制煤浆。

宁东中高硫煤显微组分富集物的热解硫释放规律

为分析显微组分热解过程的硫释放规律,取宁东地区的2种中高硫煤—SM,YYH,通过HCl-HF脱灰后,通过等密度梯度离心法得到镜质组富集物和惰质组富集物.将显微组分富集物置于N_(2)中,分别在300,500,700,900℃下进行热解,制备显微组分富集物的热解半焦.结果表明,在整个热解过程中,镜质组富集物的硫逸出率始终高于惰质组,SM显微组分的硫逸出率在700℃达到最高,其中SM-V的最大硫逸出率为75.82%,SM-I的最大硫逸出率为59.55%;YYH显微组分的硫逸出率随热解温度的升高而增大,在900℃达到最高,其中YYH-V的最大硫逸出率为61.38%,YYH-I的最大硫逸出率为58.59%.显微组分中,脂肪族、芳香族CH键的峰强度随热解温度的升高逐渐减弱,这为热解过程提供了大量氢自由基,氢自由基与含硫自由基结合形成H_2S,促进了硫的释放.镜质组含硫气体的释放温度比惰质组的低,且镜质组含硫气体释放量也高于惰质组的,镜质组中的硫比惰质组中的硫更易分解释放.

宁东红墩子煤田煤气化成浆性能研究

在对宁东红墩子煤田煤全面煤质分析基础上,进行了实验室料浆制备及成浆性能试验。通过对原煤、洗煤和不粘煤等3个煤样的添加添加剂、助熔剂及配煤试验,进行了气化工艺的成浆性能可行性评价。

配煤对煤灰熔融性及黏温特性的影响

宁东地区煤种灰熔融温度和灰黏度均较低,是影响宁东煤化工基地大型气流床气化技术长周期稳定运行的关键因素,用X射线衍射分析(XRD)、Factsage软件、灰熔融温度测定仪和高温黏度测定仪探讨煤灰高温灰化过程中的矿物演变,研究配煤对宁东煤矿区配煤灰熔融特性及黏温特性的影响规律。结果表明,配煤比例与灰熔融特性、灰黏温特性均呈非线性关系。石槽村样煤(SM)与麦垛山煤样(MK)质量比为2∶8时,配煤的灰熔融温度为1 300℃,灰黏度5 Pa·s,基本满足德士古气化炉用煤的煤质要求,该配煤比例下高温灰的矿物组成主要是石英。可见通过配煤可以有效改善煤灰熔融及黏温特性。